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碳纤维负载TiO_2复相光催化材料的研究

朱曜峰

   二氧化钛的负载化和催化活性的进一步提高,是扩大光催化材料实用化范围的关键所在。本论文选用聚丙烯腈基碳纤维(PAN-CF)为载体,探索合适的溶胶凝胶工艺,通过浸渍涂覆技术制备碳纤维负载二氧化钛薄膜光催化复合材料,并重点研究TiO_2薄膜结构及改性对碳纤维负载TiO_2复相光催化材料催化性能的影响。 首先,以Ti(OC_4H_9)_4-C_2H_5OH-H_2O体系的全相图为理论依据,采用不同的溶胶体系及热处理工艺制备不同的TiO_2/CF光催化材料,并对材料结构与性能进行表征,结果表明:溶胶浓度影响制备材料的形态结构、CF对TiO_2的负载率及负载牢度;溶胶的浓度和退火温度对制备材料的催化活性有明显的影响。Ti浓度为0.5M的溶胶制备的TiO_2/CF负载牢度好,负载率高,催化活性好。另外,考虑碳纤维的热稳定性,以退火温度为600℃下保温2h,升温速率为2~3℃/min,为最佳的热处理工艺。 其次,为了充分利用载体的吸附性能,以提高TiO_2/CF光催化材料的催化活性,以聚乙二醇(PEG)为模板剂改性钛溶胶,制备了多孔TiO_2/CF光催化材料,研究了多孔TiO_2/CF光催化复合材料对甲基橙溶液及品红溶液的吸附性能,以及复合材料对甲基橙溶液的光催化性能,结果表明:多孔TiO_2/CF光催化材料对甲基橙染料及品红染料的吸附符合准二级动力学方程,且吸附量随PEG分子量的增大而增加;PEG分子量为2000时,与TiO_2/CF相比,对甲基橙溶液的光催化效率有了一定的提高。 再次,采用溶胶凝胶法及浸渍涂覆技术分别制备了碳纤维负载TiO_2/SnO_2双层结构薄膜光催化材料(TiO_2/SnO_2 /CF)及碳纤维负载SnO_2-TiO_2混合型薄膜光催化材料(SnO_2 -TiO_2/CF)。结果表明:TiO_2/SnO_2双层薄膜有效提高了材料的催化活性,与TiO_2/CF相比,TiO_2/SnO_2 /CF对甲基橙溶液的光催化降解效率提高了13.3%;而对于混合型的SnO_2-TiO_2/CF,当SnO_2含量为20%时,SnO_2 -TiO_2/CF比TiO_2/CF催化活性有了明显提高,对酸性橙Ⅱ溶液催化降解效率提高了近60%。 最后,提出了通过简单的氧化还原技术,对载体表面进行贵金属Pd修饰的方法,提高碳纤维负载二氧化钛光催化的材料(TiO_2/ Pd-CF)的催化性能,结果表明TiO_2/ Pd-CF催化活性比TiO_2/CF有很大的提高,且当Pd粒子的沉积量为10.8mg/g时,对酸性橙Ⅱ溶液催化效果提高了70%以上,为提高负载型光催化材料提供了新思路。……   
[关键词]:二氧化钛;碳纤维;溶胶-凝胶;光催化
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:浙江理工大学2010年